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煤矿矿井废水处理方案设计

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2020年4月19日
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一、煤矿矿井废水处理回用概况
    中国煤炭资源丰富，年产量居世界之首，一般情况下，每挖1吨煤，矿坑排水量约0.88m3，但大多数煤矿，每挖1吨煤可排放2-3m3的水， 山西煤炭产量约5.5亿吨，这就意味着有13亿吨水资源受到破坏，水量排放之大，水资源浪费之多触目惊心。
    煤矿开采，使原来水质良好的地下水受到污染，大量煤粉。岩石粉尘、悬浮物、人为污染和微生物进入水中，有的矿井水中悬浮物、化学需氧量、硫化物和总硬度等较高。因此，矿井排放大量超标废水不经处理直接排放，造成水质污染、地下水系统破坏，使很多煤矿生产、生活用水无源。水资源紧缺已成为中国可持续发展的“瓶颈”。由于产业特点，煤矿本身是用水大户，在井下消防防尘、洗煤、职工洗浴、绿化及生活都需要用大量的水。 矿井废水是一种宝贵的资源，如何处理回用，多年来做了大量工作，取得了一定成绩。可是，当前国内采用的处理方法依然是传统工艺，该工艺虽然处理回用水效果较好，但工艺落后，设备、设施复杂，工程投资大，占地面积多，运行费用高，操作管理不方便，因此，多年来没有在全国普遍推广应用。 为了克服煤矿矿井废水处理回用传统工艺的不足，经过多次试验研究，重复改进终于研制成功《煤矿矿井废水处理回用设施》与高效水处理剂组合新技术，为煤矿矿井废水处理回用开创出一条新途径。对社会效益、经济效益和环境效益都有较好的回报。对煤炭行业、环境保护实现循环经济发展至关重要。具有重大的现实意义和深远的影响。矿井排放水在呻吟，重复利用势在必行。
    二、处理原理   将矿井废水打入多功能水处理设施内，当水和水处理剂接触混合后，利用有机无机复合协同作用，使胶粒互相粘附，絮凝体由小变大而沉降，从而在一瞬间完成混凝全过程。
    三、工艺流程   矿井废水打到多功能水处理设施的同时，将已配制好的水处理剂适量加入多功能水处理设施内，经自行推流、混合后，静置20-30分钟即可达到国家环保排放标准而排放或回用。
    四、实用新型煤矿矿井废水处理设施专利技术的特点
    1、工艺技术先进，处理效果好
    多功能水处理设施，设计了推流，搅拌，混凝、沉淀集多功能于一体的处理回用设施，一个处理池，取代了传统工艺的多个处理池和多台提升泵、反冲洗泵和净化设备。
    多功能水处理设施新技术，先后己在8个煤矿选用，经新技术处理后，使黑水变成白水，经有资质环保监测部门检测，8个煤矿矿井废水中的主要污染物均达到和小于国家《污水综合排放标准（GB8978-1996）表4中的一级标准》。
    2、工程投资少，占地面积小。
    煤矿矿井废水处理回用工程，采用多功能水处理设施和水处理剂新技术，在一般水质情况下，日处理回用矿井废水500-1000m3，工程投资仅为15-20万元左右（特殊水质另行设计）。主体工程占地面积约50m2左右。采用传统工艺处理回用同等数量的废水，工程投资约50-100万元左右，主体工程占地面积约500-1000m2左右。采用新技术，能够根据用户需要扩大处理规模。进行深度处理，使矿井浊水变甘泉，达到生活饮用水标准。
    3、操作管理方便，运行成本低。
    采用多功能水处理回用设施和水处理剂新技术，操作管理方便，日处理回用500-1000m3矿井废水，配备1-2名操作管理人员即可，处理回用1吨矿井废水运行成本费约为0.25-0.30元左右。
    该项新技术，是当前国内处理回用煤矿矿井废水投资最少，处理效果好，运行成本低，占地面积小，操作管理方便，是最理想的新型实用技术。
    五、市场转化潜力和经济效益分析
    1、市场转化潜力较大。
     根据全国煤炭行业关小改中上大的资源整合原则，全国已颁发煤矿企业安全生产许可证6657个，占应发证矿井个数的26%，山西矿井总数从一万多个减少到3828个。可见煤矿数量之多，废水排放量之大，治理任务是很艰巨的，当前煤矿矿井废水治理己引起国家和有关省政府的重视，要求采取有效措施保护江、河、湖、海和饮用水源水质己成为发展经济关心人民健康的一件大事。如山西省人民政府1994年10月颁发了《山西省水环境功能划分（DB14/67-94）文件、晋政发[1999]34号文件《关于印发汾河流域水污染防治实施方案的通知》，晋政发[1999]50号文件《关于下达山西省工业污染源限期治理任务的通知》、晋政发[ ]15号文件《关于实施蓝天碧水工程的决定》、《山西省煤炭开采环境管理暂行规定（草案）》等，这些文件的颁发对《煤矿矿井废水处理回用设施》专利技术的推广、应用、转让创造了有力的市场环境和条件。
    2、经济效益较好
    全国煤矿整合后，每个煤矿年产量最低为60万吨以上，这样的煤矿当前全国还有2万多个，如果全国2万多个煤矿，治理总数按四分之一估算，即治理5000个，每个煤矿净利润按3万元计算，可获利1.5亿元，经济效益是比较可观的，而且新的煤矿正在相续开采，因此该专利技术投资前景较好。
煤矿矿井废水处理问题的分析与解决方法
一、   概述
煤炭在中国能源结构中占70％以上，煤炭开采过程中排放大量废水，若不经处理直接排放，势必对环境造成严重污染，同时造成水资源的大量浪费，无法实现循环经济的目标。据统计中国40％的矿区严重缺水，已制约了煤炭生产的发展。西北矿区多处于山区，水资源更为缺乏，地表水又多为间歇性河流，枯洪水季节流量相当悬殊，常年流量稀释能力差，排入河流的污水造成严重污染。因此，开发、管理、利用好煤矿水资源，对煤炭工业可持续发展具有重要意义。
1、煤废水污染严重
据包括10多位院士在内的专家学者鉴定经过的一项课题研究表明，山西每年挖5亿吨煤，使12亿立方米的水资源受到破坏。这相当于山西省整个引黄河水入晋工程的总引水量。专家呼吁，应当从技术、人才、资金投入和经营机制等多方面解决这一世纪难题，帮助山西省等煤炭主产区摆脱“产煤致旱、因煤致渴”的困扰。
这项关于山西省煤炭产业可持续发展的研究表明，山西省采煤造成严重的水资源破坏，加剧了水资源短缺问题。这项课题研究表明，山西每挖１吨煤损耗2.48吨的水资源。每年挖5亿吨煤，使12亿立方米的水资源受到破坏。这相当于山西省整个引黄工程的总引水量。因此，这对于山西这个人均水资源量仅占全国平均水平不到五分之一的地区来说是个非常严重的问题。
当前，由于煤炭开采对地下水系破坏非常严重。据统计，山西采煤对水资源的破坏面积已达20352平方公里，占全省总面积的13％。山西省大部分农村人畜吃水靠煤系裂隙水，而煤矿开采恰好破坏了该层段的含水层。据统计，全省由于采煤排水引起矿区水位下降，导致泉水流量下降或断流，使近600万人及几十万头大牲畜饮水严重困难。
2、煤炭采掘业废水治理技术问题
99%的采煤项目废水没有进行治理，从主观上应该说是环保监管不力。从客观上说是我们环保部门对采煤项目废水治理技术持谨慎态度。采煤废水治理技术多如牛毛，那种技术最适用、工艺最成熟、操作管理最方便、投资最省、运行费用最低，一直是我们环保部门在寻求的。由于采煤废水复杂多变，在同一矿井废水中，同时含有铁、锰等重金属，硫、氟、氯等非金属及有机污染物和悬浮物，有的矿井废水呈弱酸性（如织金县珠藏、凤凰山等），再就是即使是同一矿井，所采层不同，废水性质也不同，甚至是差别很大。这就给煤矿废水治理技术的选用带来很大的困难。一般情况是某一技术只能有效处理某一污染物，不可能把所有超标的污染物都处理好。一个煤矿不可能投入很多资金对污染物进行单项处理，这就是采煤废水治理在技术上的难点。有的业主自行修了一两个池子，把矿井废水往池子一放，就是对废水进行处理了。事实上不是这样简单，可能连悬浮物也处理不了，金属和非金属就更不可能处理了。
3、煤矿废水处理要求
1.1、 煤矿废水包括矿井涌水、煤场和矸石场淋溶废水等。在进行处理前，应先委托地区环境监测站进行监测，以监测资料作为废水处理工程设计的依据。DFMC煤矿废水治理技术和成套设备是当前经实践证明的实用技术，50万吨以下、小时涌水量50m3以下的煤矿可采用此技术和设备。对于酸性煤矿废水还需新增设备和药剂。煤矿废水经处理达标后尽可能循环使用，循环使用率不低于50％，经处理后排放的废水列为总量控制指标进行考核。
1.2、 新建煤矿必须执行“三同时”规定，试产三个月必须申请地区环保局验收，验收达标的发给排污许可证，不达标的停产治理。
1.3、 原有煤矿分期分批进行治理， 50%左右的原有煤矿治理完工并经过达标验收。列入家 治理计划的煤矿不治理的，依法予以处罚；治理不达标的，停产治理。治理计划由各县市环保局商煤炭局提出，报地区环保局综合平衡后以治理计划下达执行。
表1 某A煤矿废水处理监测结果 单位：mg/l
指标
排放
标准
处理前
浓度
超标倍数（倍）
处理后
浓度
比排放标准低（%）
悬浮物
70
258
2.7
11.5
83.6
铁
1
2.58
1.6
0.68
32
硫化物
1
2.8
1.8
0.5
50
COD
100
281.9
1.8
7
93
锰
2
0.13
未超标
0.1
—
表2某B煤矿废水处理监测结果单位：mg/l
指标
排放
标准
处理前
浓度
超标 倍数 （倍）
处理后
浓度
比排放标准低（%）
悬浮物
70
318
3.5
4.5
93.6
铁
1
2.28
1.3
0.74
26
硫化物
1
3.21
2.2
0.5
50
COD
100
228.4
1.3
18.8
81.2
锰
2
0.37
未超标
0.18
—

1.4、煤矿废水中铁含量高，如浓度大于100mg/l，其处理设备投资和运行费用将要增加。因为铁含量过高，要达到1mg/l的排放标准，一级除铁是不行的，必须三至四级除铁。
1.5、酸度高的煤矿废水应使达标（6～9）。
1.6、煤矿要对煤场、矸石场进行硬化处理，建导流沟，把因大气降水产生的这一部分淋溶水引入废水处理系统进行处理。
1.7、 预防事故和自然因素引起的非正常排放 为预防因降暴雨致使废水次理池溢流，工程设计必须考虑废水处理池有足够的容积。为防止事故性排放，必须建事故调节池。四、煤矿生活废水处理要求洗煤厂和煤矿生活废水处理采用深圳开发研制的微型生活废水处理装置进行处理。生活废水经处理达标后可排放。五、煤矿废水治理技术选用 实践证明是可行的 DFMC煤矿废水治理技术和成套设备可选用。未经试点的技术只能试点，不能推广。经试点并由A地区环境监测站监测、提出监测报告，从治理效果、投资、运行费用等全面评价后由地区环保局决定是否推广。
二、       废水主要处理技术
　　中国煤矿矿井水处理技术起始于上世纪70年代末，大多污水治理工作都只停留在为排放而治理。然而回用才是当今污水治理发展的必然趋势，将防治污染和回用结合起来，既可缓解水源供需矛盾，又可减轻地表水体受到污染。现国内使用的处理技术主要有：沉淀、混凝沉淀、混凝沉淀过滤等。处理后直接排放的矿井水，一般采用沉淀或混凝沉淀处理技术；处理后作为生产用水或其它用水的，一般采用混凝沉淀过滤处理技术；处理后作为生活用水，过滤后必须再经过除酚等对人体有害物质及消毒处理；有些含悬浮物的矿井水含盐量较高 ，处理后作为生活饮用水还必须在净化后再经过淡化处理。
三、       矿井水处理回用的条件
　　1、矿井废水的产生及特点
　　煤矿矿井废水包括：煤炭开采过程中地下地质性涌渗水到巷道为安全生产而排出的自然地下水，井下采煤生产过程中洒水、降尘、灭火灌浆、消防及液压设备产生的含煤尘废水。因此，它既具有地下水特征，但又受到人为污染。矿井废水的特性取决于成煤的地质环境和煤系低层的矿物化学成分，其中井田水文地质条件及充水因素对于矿井开采过程矿井废水的水质、水量有决定性的影响。因此，对矿井废水处理要考虑开采过程中水质、水量的变化。某矿区M煤矿矿井废水水质取矿井正常排水时井口水样，结果见表1。
　　M煤矿矿井废水污染物监测表
　　表1                                                                       单位：mg/L
序号
监测项目
日均值浓度范围
序号
监测项目
日均值浓度范围
1
肉眼可见物
微粒悬浮物
9
总氮
5.600～5.854
2
PH值
8.41～8.55
10
砷(ng/L)
3.4～5.2
3
CODcr
66.4～131.7
11
总磷
0.085～0.104
4
硫化物
1.09～1.67
12
粪大肠菌
260～393
5
悬浮物
360～500
13
铜
0.0207～0.0294
6
酚
0.006～0.051
14
铅
--
7
BOD5
14.10～24.73
15
镉
--
8
LAS
0.198～0.220
16
锌
0.0381～0.0407
　　经过网络调查和资料查找，收集了多年来某矿区有关矿井水和地下水的化验数据资料，以及环境监测站监测数据（表1）综合分析，该煤矿矿井废水含煤泥为主要悬浮物，有机物略有超标，粪大肠菌群超标，挥发酚超标。
　　2、矿井废水回用途径
　　煤矿矿井水处理后可作生产用水或生活用水，矿井生产用水主要是井下采掘设备液压用水、消防降尘洒水，生活用水主要是冲厕、洗浴水以及深度处理后用于饮用水。水质标准分别为：1、防尘洒水《煤矿工业矿井设计规范》（GB50215－94）SS≤150mg/L，粒径d<0.3mm；PH值为6～9；大肠菌群≤3个/L。2、空压机、液压支柱用水水质SS≤10～200mg/L，粒径d <0.15mm；硬度（碳酸盐）2～7mg/L；pH值为6.5～9；浊度<20。 3、矿井洗浴水水质达到《地表水环境质量标准》（GB3838- ）的Ⅲ类水体标准。4、中水水质达到《生活杂用水水质标准》（CJ/T 48-1999）。5、生活饮用水达到《生活饮用水卫生标准》（GB5749-85）。
煤矿矿井废水处理回用工艺比较研究 (1)
-02-03 10:51:33 作者： 来源：给排水在线
　　摘要： 介绍了污水、废水处理资源化的最新技术和工艺，分析比较了三种工艺方案处理煤矿矿井废水的系统投资和运行成本，并探讨了反渗透水处理技术在煤矿矿井废水处理中应用的技术经济可行性.煤矿矿井废水处理回用的综合运行费用为：2.185-2.465元/吨。其中膜法的处理费用最低为:2.185元/吨。这样的价格对干旱缺水的西北地区是很有吸引力的。对矿井废水进行回收再利用，不但能够减少废水排放量，又能够使废水资源化，应该说，它是一种水资源再生的希望方法，也是中国实现水资源可持续利用的有效途径之一。
　　关键词： 反渗透 电镀废水处理 回收利用
　　中图分类号：TQ028.8 文献标识码:A
　　中国人口众多，淡水资源时空分布不均匀，水资源和社会经济发展不均衡；人口的不断增长又使水资源需求量逐年上升，工业的快速发展使水污染愈加严重，因此造成水资源缺短和水环境污染现象日趋严峻。当前，中国水资源供需矛盾比较突出，全国有300多个城市缺水，其中有114个城市严重缺水。21世纪中国水资源供需形势非常严峻，水资源危机将成为所有资源问题中最为严惩的问题。要解决这一难题，除水资源的科学管理和优化配量之外，充分发挥高新科技手段在水资源利用中的作用也是十分关键的。
　　近年来，中国每年排污水量约400-500亿M3，经处理后排放的仅15-25%，由于污水到处横流，使中国各大水源都产生不同程度的污染，水环境严重恶化[4]。因此，加强污水深度治理，使之不但达标排放而且还可大量回用，非常必要，这对改进水环境、缓解水资源的不足，节约宝贵的水资源都是十分重要的。城市及工业污水经过深度处理后可用于农业灌溉、工业生产、城市景观、市政绿化、生活杂用、地下水回灌和补充地表水等方面的应用[8]。传统水处理技术能够消除部分污染物，将COD、BOD以及重金融等污染物指标降到安全排放标准或杂用（中水）标准，但无法完全消除排水中所含的微量溶解性污染物。采用反渗透膜技术可彻底去除这些污染物，实现严格意义下的污水再生。用传统处理工艺和膜技术集成，可将污水或废水变成不同水质标准的回用水，或使之循环回用，这样即缓解了供求矛盾，又减少了污染，还可促进环保产业的发展[6]。
　　1 污水废水资源化技术及应用简介
　　水环境质量的严重恶化和经济的高速发展，迫切要求有相应的污水废水资源化的技术。在这一领域中膜分离技术占有重要的位置和作用。膜分离作为一项高新技术在近40年来迅速发展成为产业化的高效节能分离技术过程。40多年，电渗析、反渗透、微滤、超滤、纳滤、渗透汽化，膜接触和膜反应过程相继发展起来，在能源、电子、石化、医药卫生、化工、轻工、食品、饮料行业和日常生活及环保领域等均获得广泛的应用，产生了显著的经济和社会效益。社会的需求使膜技术应允而生，也是社会的需求促使膜技术迅速发展，使膜技术不断创新、技术进步，完善，成为单元操作，成为集成过程中的关键[1] [9]。
　　1．1连续膜过滤技术（CMC）
　　中空纤维膜由于比表面积大，膜组件的装填密度大，因此设备紧凑；这种膜因纺制而成，工艺简单，因此生产成本一般低于其它的膜：由于没有支撑层均能够反向清洗，特别是一些耐污染性好，对氧化性清洗剂耐受性好的膜的出现，使得在大规模的污水处理工程中，中空纤维膜的应用有独特的优势[1] [7]。
　　CMF技术的核心是高抗污染膜以及与之相配合的膜清洗技术，能够实现对膜的不停机在线清洗清洗，从而做到对料液不间断连续处理，保证设备的连续高效运行。
　　CMF当前主要用于大型城市污水处理厂二沉池生水的深度处理回用，海水淡化或大型反渗透系统的预处理。地表水地下水净化、饮料澄清除浊等。
　1．2膜生物反应器（MBR）
　　膜生物反应器是膜分离技术和生物技术结合的新工艺。用在污水废水处理领域，利用膜件进行固液分离，截留的污泥或杂质回流至（或保留）在生物反应器中，处理的清水透过膜排水，构成了污水处理的膜生物反应器系统，膜组件的作用相当于传统污水生物处理系统中的二沉池[4]。
　　MBR中使用的膜有平板膜、管式膜和中空纤维膜，当前主要以中空纤维膜为主。
　　生活污水经MBR处理后，生水水源已达到很高的水标准。此方法不但限于处理生活污水，MBR技术也广泛地用于染色废水，洗毛废水、肉类加工污水等水处理系统。MBR系统的另一个特点是规模可大可小，小装置可用于一个家庭，大型装置日处理量可达数万立方米。
　　1．3反渗透技术（RO）
　　反渗透技术是20世纪60年代初发展起来的以压力为驱动力的膜分离技术。该技术是从海水、苦咸水淡化而发展起来的，一般称为“淡化技术”。由于反渗透技术具有无相变，组件化、流程简单，操作方便，占面积小、投资少，耗能低等优点，发展十分迅速。RO技术已广泛用于海水、苦咸水淡化，纯水、超纯水制备，化工分离、浓缩、提纯，废水资源化等领域。工程遍布电力、电子、化工、轻工、煤炭、环保、医药、食品等行业。
　　废水资源化是有开发增量淡水资源与保护环境双重目的。无机系列废水处理与海水苦咸水淡化采用同类装并具有较多共性工艺技术。RO可使废液中的铜、铅、汞、镍、锑、铍、砷、铬、硒、铵、锌等离子脱除除90-99%。
　　当前，反渗透技术在城市污水深度处理，一些工业废水深度处理方面的应用受到了高度重视，包括中水回用，污水处理厂二级出水的深度处理，经初级处理后的工业废水深度处理制取优质淡水。中东不少缺水国家，在大量采用反渗透海水淡化技术的同时，引入反渗透技技术处理二级污水，出水水质可达TDS ≤80mg/L，扩大了淡水资源。如中东地区、澳大利亚、新加坡等国都有这方面的大型工程实例[9]。
　　1．4集成膜过程污水深度处理方法
　　集成膜过程是将超滤/微滤与反渗透（或纳滤）结合使用，形成能够满足各咱回用目的的污水深度处理工艺。超滤、微滤能够作为独立的高级三级处理方法，也是反渗透过程理想的预处理工艺，抗污染能力强、性能优越的超滤、微滤单元代替了复杂的传统处理工艺，而且出水品质远高于三级出水指标，不但完全能够去除污水中的细菌和悬浮物，对COD、BOD也有一定的却除效果。在超滤、微滤之后使用的反渗透膜，其清洗周期由采用传统预处理工艺的3-4周增加到半年以上，膜寿命可延长到达-6年。膜集成污水再生工艺具有系统稳定、维护少、占地小、化学品用量少、流程简单和运行费用低等优点。
　　新一代中空纤维超滤（微滤）膜与传统产品相比，具有机械强度高、抗氧化、抗污染、高通量等特点，在运行工艺上，采用了低压操作、反冲清洗、气水冲洗等新技术，使得超滤膜装置能够在污染倾向极强的污水介质中保持稳定的性能，超滤膜的使用范围因此扩展到了能适应于多种复杂的介质环境，同时大大扩展了反渗透技术的应用范围，新一代的超滤膜及其系统应用技术的应用范围，新一代的超滤膜及其系统应用技术将膜技术带到了一个全新的时代，彻底改变了膜法水处理技术必须依托于复杂、精细的预处理系统的形象，使膜技术应用于二级出水、三级出水以及多种原废水等许多复杂的水质体系的深度处理。
　　1．5 传统处理方法
　　传统污水三级处理工艺，主要的工艺单元有石灰澄清、重碳酸化、絮凝、沉降、过滤和气浮等。根据具体污水排入物质的成分的不同，处理
方式有所差异。传统处理工艺存在着工艺复杂、水利用率低、化学品消耗量大的弊病，而且由于无法彻底去除生物絮体及胶体物质，致使清洗频繁，影响了出水水质。
　　2 矿井废水处理回用工艺比较
　　序号 方案1设备
　　（常规预处理+RO工艺）
　　方案1设备
　　（盘式过滤器+RO工艺）
　　方案3设备
　　（UF+RO膜组合工艺）
　　1 混凝剂加药装置 混凝剂加药装置 混凝剂加药装置
　　2 次氯酸钠加药装置 次氯酸钠加药装置 次氯酸钠加药装置
3 还原剂加药装置 还原剂加药装置 还原剂加药装置
　　4 加酸装置 加酸装置 加酸装置
　　5 阻垢剂加药装置 阻垢剂加药装置 阻垢剂加药装置
　　6 膜杀菌剂加药装置 膜杀菌剂加药装置 全自动盘式过滤器
　　7 多介质过滤器 综合净水器 全自动超滤装置
　　8 活性碳过滤器 全自动盘式过滤器 保安过滤器
　　9 保安过滤器 活性碳过滤器 高压泵
　　10 高压泵 保安过滤器 反渗透装置
　　11 反渗透装置 高压泵 清洗装置
　　12 清洗装置 反渗透装置 控制系统
　 13 控制系统 清洗装置
　　14 控制系统
　　3 矿井废水处理回用工艺经济分析比较
　　序号 项目 方案1
　　(元/吨)
　　方案2
　　(元/吨)
　　方案3
　　(元/吨)
　　1 反渗透膜组件的更换费用 0.38 0.19 0．38
　　2 超滤膜组件的更换费用 0.13
　　3 耗电量 0.63 0.63 0．63
　　4 混凝剂的费用 0.12 0.12 0．12
　　5 次氯酸钠的费用 0.07 0.07 0.07
　　6 还原剂的费用 0.10 0.10 0.10
　　7 加酸的费用 0.02 0.02 0.02
　　8 阻垢剂的费用 0.375 0.375 0.375
　　9 膜杀菌剂的费用 0.1 0.1
　　10 反渗透膜清洗酸碱费用 0.01 0.01 0．01
　　11 超滤膜清洗酸碱费用 0.01
　　12 设备折旧费用 0.37 0.3 0．31
　　13 设备维修保养费用 0.04 0.05 0．04
　　14 预处理费用 0.1 0.05 0．10
　　15 系统操作人工费 0.1 0.1 0．1
　　16 滤芯的更换费用 0.05 0.05 0．05
　　17 系统总投资 116.2万元 111万元 101万元
　　18 综合运行费用 2.465 2.185 2.405
　　4 结论
　　（1） 煤矿矿井废水处理回用的综合运行费用为：2.185-2.465元/吨。其中膜法的处理费用最低为:2.185元/吨。这样的价格对干旱缺水的西北地区是很有吸引力的。
　　（2）用膜法处理煤矿矿井废水并回用在技术上是完全可靠的，国内外都有成功经验。
　　（3）随着工业的快速发展，水资源的污染日益严重，缺水现象会越来越严重，工业废水的回收利用将会提到议事日程。
　　（4）从环境保护方面讲，对矿井废水进行回收再利用具有非常重要的环境意义。
　　（5）对矿井废水进行回收再利用，不但能够减少废水排放量，又能够使废水资源化，应该说，它是一种水资源再生的希望方法，也是中国实现水资源可持续利用的有效途径之一。
　　（6）膜法处理煤矿矿井废水并回用，不但在技术上和经济上都是可行的，经济和环境效益都非常显著。
　　参考文献
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煤矿矿井废水处理工程工艺设计

山西省国防工业环境保护监测站   刘胜元

摘  要：介绍了某大型煤矿矿井废水处理工程的工艺设计，采用超滤+反渗透系统（UF+RO系统），出水水质达到饮用水的标准。分析了煤矿矿井废水处理工程的系统投资和运行成本；探讨了超滤+反渗透系统处理技术在煤矿矿井废水处理中的技术和经济可行性。经过对矿井废水进行回收再利用，不但能够减少废水排放量，又能够使废水资源化，对于干旱缺水的山西省来说很有推广价值，也是中国实现水资源可持续利用的有效途径之一。
关键词：煤矿矿井；废水处理；超滤；反渗透

本工艺设计是为山西省某大型煤矿矿井废水处理工程而制定的。方案所涉及的工艺流程是以用户提供的当地环境条件、水质报告，结合该工程的具体情况而设计的，完全能够满足用户的要求，并能长期安全可靠运行。
一、设计原则 1、本投标设计方案所采用技术执行中华人民共和国现行的相关标准、规范、规定，并不低于国标要求的国际标准。
2、本投标设计方案选用的工艺流程充分采用了国内外先进处理技术，选用了高效节能的水处理工艺。该工艺简洁，自动化程度高，运行操作安全方便，工艺技术及装备成熟、先进、实用、可靠，工艺流程运行费用经济合理，不造成对环境的二次污染。
3、工艺流程及设施布置紧凑、整齐美观，总图布置合理流畅，占地面积小。
4、工艺流程在设计时，充分利用现有设施，节省投资，方便使用，符合卫生条件的要求。
5、矿井水预处理水量：4000吨/天；深度处理水量：超滤+反渗透处理量 吨/天；预留二期发展空间位置；经过处理的水达到饮用水水质标准。
二、工艺流程（见图1）
三、主要工艺参数设计
1、源水池
矿井涌水处理工程考虑矿井水排放制式对供水量平衡的影响，设源水池一座，容积500m3，源水池设液位自动监测、显示报警设施，现场设置配电、操作控制向，同时可远传至净水处理车间控制中心显示报警、操作控制，实现无人值守。源水池设源水提升泵2台。
2、微涡絮凝反应池及斜管沉淀池
在本工程中，设计采用先进的微涡絮凝反应沉淀池。它是利用微涡脉动技术，强化混合效果，改进絮凝剂的使用，最大限度的去除水中的污染物，对进水悬浮物的适应范围很宽，出水水质有很好的保证。选用新型具有良好除浊作用的聚合絮凝剂；实现根据水量、水质调节药剂投加量，以节省运行费用。斜管沉淀池采用高效斜管沉淀，既节省了占地面积，又提高了沉淀效果，保证出水水质。设计正常进水SS≤500mg/l，短时内进水浊度不大于1000mg/l时，出水浊度不大于20mg/l。斜管沉淀区表面负荷3.0m3/m2h。
3、中间水池
为了保证处理量的稳定和处理效果，设中间水池一座，容积100m3，混凝土结构。
4、多介质过滤器
本系统预处理采用专门针对矿井水水质污染的特点而专门设计的多介质过滤器，它能够滤除经加药后所形成的矾花和原水带来的颗粒，并保证其出水SDI（污染指数）符合RO进水的要求。本处理系统设计采用2台多介质过滤器，单台最大处理水量50m3，直径2600mm。
5、超滤原水箱
设置一台200m3超滤原水箱作为缓冲水箱（与多介质过滤罐反冲洗水池共用）。结构采用混凝土结构。超滤原水箱的设置非常必要，因为超滤膜对压力要求很严格，以及保证超滤自身的自动反冲洗控制要求，避免超滤膜受到损坏。使系统运行更加方便灵活。
6、50μm袋式微过滤器
系统配置1台50μm袋式微过滤器，该过滤器能够过滤原水中的颗粒和杂质，防止堵塞超滤膜。

图 1

7、超滤系统
超滤主要作用是减少原水中的浊度、悬浮物和有机物、细菌、病毒和病原体，以达到净化原水目的。超滤过程是在膜两侧产生一定的压力差后，水、低分子物质和无机盐透过膜，而大分子物质、胶体等被半透膜所截留。超滤膜的孔径一般在2.5纳米—0.1微米之间。
本系统确保出水SDI小于1，由此可提高反渗透系统运行质量，减少系统清洗频率，使得反渗透膜使用寿命长达5年；提高单位反渗透膜面积产水量；能够提高反渗透回收率，可节约用水。
8、超滤产水箱
设置一台100m3的超滤水箱作为缓冲水箱，向反渗透系统供水，水箱的材质为混凝土涂环氧。
9、超滤水输送水泵
系统配置2台超滤水输送水泵，1用1备，以提供动力，可保证系统的压力要求，克服延程阻力，同时选择运行效率高的性能曲线段，节约能源消耗。泵和前后的设备为联动设置，一旦出现状况可作出相应的反应并传动后续系统。泵出力为66.7m3/h、泵扬程为38m。
10、亚硫酸氢钠加药系统
自来水中的余氯的存在会使反渗透膜氧化降解，设置亚硫酸氢钠加药系统的目的是为了还原原水中的余氯，使余氯指标能够符合反渗透膜的进水要求。
11、阻垢剂加药系统
该药剂是一种分散型隐蔽药剂，它有如下作用：使原水朗格利尔LSI指数提高，使钙、镁硬度不会在膜内结垢。能阻止硫酸盐的结垢，即相对增加水中结垢物质的溶解性，以防止硫酸钙等物质对膜的危害特别是BaSO4和SrSO4结晶晶体对膜的危害。它也能够对堵塞膜微孔的胶体以及细小的颗粒起到分散作用。
12、5μm过滤器的作用是截留来自前级产水中大于5μm的颗粒进入反渗透系统。这种颗粒经高压泵加速后可能击穿反渗透膜组件，造成大量漏盐的情况，同时划伤高压泵的叶轮。过滤器中的滤元为可更换卡式滤棒，当过滤器进出口压差大于设定值时应当更换。
13、反渗透系统 反渗透系统是本流程中最主要的脱盐装置，它具有极高脱盐能力。为保证系统运行的安全性和灵活性，反渗透系统采用二段配置。反渗透系统包括高压泵、反渗透膜组、冲洗系统、清洗系统及控制仪表五个部分。
14、RO（反渗透）清水池 设置一台的反渗透产水进入现有的200m3清水池，用来储反渗透产水，水箱的材质为混凝土涂环氧。
四、系统的特点
1、国际先进超滤膜、反渗透膜 本工程设计采用在技术和市场均有多年经验的美国海德能公司的超滤膜Hydracap60，该膜抗污染能力强，寿命长，宜清洗，在正常维护情况下，能够达到3-5年的使用寿命。反渗透膜采用美国海德能公司最新推出的，专项开发的抗污染反渗透膜LFC3-LD，该膜更适用于工业废水处理回用。
2、变频调速高压泵 我们设计的反渗透系统，高压泵配西门子变频器，具有两大优点：一是实现高压泵的平稳启动。在运行过程中，能耗的节省十分明显，经济效益显著；二是反渗透膜用于矿井水处理回用，各种污染物对膜通量的影响很大。经过配备高压泵的变频调速，能够保证反渗透膜在高污染条件下，通量在3-5年内的下降趋势保持稳定，延长膜的使用寿命。
五、结论 1、煤矿矿井废水处理回用的综合运行费用为：2.545元/吨。这样的价格对干旱缺水的山西省是很有吸引力的。2、经过工程实例证明，有膜法处理煤矿矿井废水并回用在技术上是完全可靠的。3、对矿井废水进行回收再利用，不但能够减少废水排放量，又能够使废水资源化。应该说，它是一种水资源再生的希望方法，也是中国实现水资源可持续利用的有效途径之一。4、膜法处理煤矿矿井废水并回用，不但在技术上和经济上是可行的，而且环境效益和社会效益都非常显著。